RU2624777C2

RU2624777C2 - Asynchronous motor start-up method

Info

Publication number: RU2624777C2
Application number: RU2015154871A
Authority: RU
Inventors: Сергей Ильич Качин; Олег Сергеевич Качин
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2017-07-06
Also published as: RU2015154871A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: single-phase asynchronous motor start-up method is simultaneous supply of the AC or DC voltage to the additional stator windings together with the supply of the AC voltage to the main and auxiliary stator windings that create saturation of the stator yoke sections in the magnetic axis regions of the main winding, and after the motor start-up, disconnection of the auxiliary and additional stator windings.

EFFECT: boosting the starting torque.

3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроинструменте и бытовой технике, например в холодильных компрессорах, имеющих существенную нагрузку на валу в момент пуска.The invention relates to electrical engineering and can be used in power tools and household appliances, for example in refrigeration compressors having a significant load on the shaft at the time of start-up.

Известен способ пуска асинхронного электродвигателя (RU 2235410 С1, МПК 7 Н02Р 1/26, опубл. 27.08.2004), включающий подачу напряжения на статорные обмотки электродвигателя первоначально с амплитудой, равной амплитуде напряжения сети, а затем последовательно во времени, через определенный промежуток времени от начала подачи напряжения, ^π/3 эл. град., при частоте сети 50 Гц - 0,0033 с электродвигатель отключают от питающей сети и переводят в режим динамического торможения на такое же время, равное ^π/3 эл. град., при частоте сети 50 Гц - 0,0033 с, после чего на обмотки статора вновь подают напряжение с амплитудой, равной амплитуде напряжения сети.A known method of starting an asynchronous electric motor (RU 2235410 C1, IPC 7 Н02Р 1/26, published on 08.27.2004), comprising applying voltage to the stator windings of the electric motor initially with an amplitude equal to the voltage amplitude of the network, and then sequentially in time, after a certain period of time from the beginning of the voltage supply, ^π / 3 el. hail., at a network frequency of 50 Hz - 0.0033 s, the electric motor is disconnected from the mains and transferred to dynamic braking for the same time equal to ^π / 3 e. deg., at a network frequency of 50 Hz - 0.0033 s, after which voltage is again applied to the stator windings with an amplitude equal to the amplitude of the network voltage.

Этот способ обеспечивает ограничение тока и электромагнитного момента при пуске электродвигателя в тех случаях, когда моменты нагрузки на его валу невелики (например, при вентиляторном характере нагрузки).This method provides a limitation of current and electromagnetic moment when starting the electric motor in those cases when the moments of load on its shaft are small (for example, with the fan nature of the load).

Известен способ пуска однофазного асинхронного электродвигателя (Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам: Учебное пособие для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования. М.: Издательский центр «Академия», 2005. - С. 106), заключающийся в подаче переменного напряжения на основную и вспомогательную обмотки статора и отключении вспомогательной обмотки после запуска электродвигателя.There is a method of starting a single-phase asynchronous electric motor (Katsman M.M. Handbook of electric machines: a manual for students of educational institutions of secondary vocational education. M: Publishing center "Academy", 2005. - S. 106), which consists in applying alternating voltage to the main and auxiliary stator windings and disconnecting the auxiliary winding after starting the electric motor.

Недостатком этого способа, выбранного в качестве прототипа, является ограничение по величине пускового момента при заданных габаритах электродвигателя, что в ряде случаев приводит к чрезмерно длительному пуску электродвигателя и перегреву его вспомогательной обмотки (например, при снижении величины напряжения питания либо при нештатном увеличении момента нагрузки на валу).The disadvantage of this method, selected as a prototype, is the limitation on the starting torque for given dimensions of the electric motor, which in some cases leads to an excessively long start-up of the electric motor and overheating of its auxiliary winding (for example, when the supply voltage decreases or when the load moment increases abnormally shaft).

Задачей изобретения является повышение величины пускового момента однофазного асинхронного электродвигателя.The objective of the invention is to increase the starting torque of a single-phase asynchronous electric motor.

Предложенный способ пуска однофазного асинхронного электродвигателя, также как в прототипе, включает подачу переменного напряжения на основную и вспомогательную обмотки статора и отключение вспомогательной обмотки после запуска электродвигателя.The proposed method of starting a single-phase asynchronous electric motor, as in the prototype, includes applying an alternating voltage to the main and auxiliary stator windings and turning off the auxiliary winding after starting the electric motor.

Согласно изобретению одновременно с подачей переменного напряжения на основную и вспомогательную обмотки статора подают или переменное, или постоянное напряжение на дополнительные обмотки статора, которые создают насыщение участков ярма статора в зонах расположения магнитных осей основной обмотки, а затем, после запуска электродвигателя, отключают вспомогательную и дополнительные обмотки статора.According to the invention, simultaneously with applying an alternating voltage to the main and auxiliary stator windings, either alternating or constant voltage is applied to the additional stator windings, which create saturation of the stator yoke sections in the areas where the magnetic axes of the main winding are located, and then, after starting the electric motor, the auxiliary and additional stator windings.

Благодаря подаче напряжения на дополнительные обмотки статора в начале пуска электродвигателя происходит дополнительное подмагничивание участков ярма статора электродвигателя в зонах магнитных осей основной обмотки до состояния насыщения материала магнитопровода. В результате увеличения магнитного сопротивления для магнитного потока поперечной реакции ротора происходит уменьшение индуктивного сопротивления фазы ротора и, соответственно, повышение пускового момента электродвигателя, поскольку момент критический и скольжение критическое при этом возрастают (Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод. М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 196). После пуска электродвигателя вспомогательная и дополнительные обмотки отключают, что сопровождается снижением магнитного сопротивления для магнитного потока поперечной реакции ротора до естественного уровня, без эффекта подмагничивания участков ярма статора электродвигателя в зонах магнитных осей основной обмотки. При этом величина критического момента возрастает, а величина критического скольжения уменьшается, что обеспечивает энергетически эффективную работу электродвигателя на рабочем участке механической характеристики.Due to the supply of voltage to the additional stator windings at the start of the motor start, additional magnetization of the stator yoke sections of the electric motor in the areas of the magnetic axes of the main winding to the state of saturation of the magnetic circuit material occurs. As a result of the increase in magnetic resistance for the magnetic flux of the transverse reaction of the rotor, the inductive resistance of the rotor phase decreases and, accordingly, the starting torque of the electric motor increases, since the critical moment and critical slip increase in this case (Moskalenko V.V. Automated electric drive. M.: Energoatomizdat, 1986 , p. 196). After starting the electric motor, the auxiliary and additional windings are turned off, which is accompanied by a decrease in the magnetic resistance for the magnetic flux of the transverse reaction of the rotor to a natural level, without the magnetization effect of the stator yoke sections of the electric motor in the zones of the magnetic axes of the main winding. In this case, the critical moment magnitude increases, and the critical slip magnitude decreases, which ensures energy-efficient operation of the electric motor at the working section of the mechanical characteristic.

Таким образом, предлагаемый способ пуска однофазного асинхронного электродвигателя позволяет повысить пусковой момент, что обеспечивает надежный пуск электродвигателя при наличии нагрузки на валу, близкой по величине к номинальной или даже превышающей ее, а также при снижении напряжения питающей сети относительно номинального значения.Thus, the proposed method of starting a single-phase asynchronous electric motor allows to increase the starting torque, which ensures reliable starting of the electric motor when the load on the shaft is close to the nominal value or even exceeding it, as well as when the supply voltage decreases relative to the nominal value.

На фиг. 1 приведена активная часть однофазного асинхронного электродвигателя с дополнительными обмотками, размещенными в закрытых пазах статора, с отображением силовых линий магнитного поля ротора Ф_р', и Ф_рʺ при включенной дополнительной обмотке статора, создающей магнитный поток Ф_до.In FIG. Figure 1 shows the active part of a single-phase asynchronous motor with additional windings located in the closed stator slots, with the field lines of the magnetic field of the rotor F _r 'and F _r отображ displayed when the additional stator winding is turned on, creating a magnetic flux F _to .

На фиг. 2 изображена активная часть однофазного асинхронного электродвигателя с дополнительными обмотками, размещенными в закрытых пазах статора, а также отображены силовые линии магнитного поля ротора Ф_р при отключенной дополнительной обмотке статора.In FIG. 2 shows the active part of a single-phase asynchronous electric motor with additional windings located in the closed stator slots, and also shows the magnetic field lines of the rotor magnetic field Ф _р when the additional stator winding is disconnected.

На фиг. 3 представлены расчетные пусковые механические характеристики для однофазных асинхронных электродвигателей с пусковой обмоткой, где кривая 1 - соответствует электродвигателю, выполненному в соответствии с конструкцией прототипа, кривая 2 - соответствует электродвигателю, выполненному в соответствии с заявленной конструкцией, где М* - момент, отнесенный к номинальному моменту; S - скольжение.In FIG. 3 shows the calculated starting mechanical characteristics for single-phase asynchronous motors with a starting winding, where curve 1 - corresponds to an electric motor made in accordance with the design of the prototype, curve 2 - corresponds to an electric motor made in accordance with the claimed design, where M * is the moment referred to the nominal the moment; S is the slip.

Способ пуска однофазного асинхронного электродвигателя осуществлен для конструкции (фиг. 1), содержащей ротор 1 с валом 2, статор 3 с пазами 4, в которых уложена основная обмотка 6, и с пазами 5, в которых уложена вспомогательная обмотка 7, которая либо имеет большее соотношение активного и индуктивного сопротивлений в сравнении с основной обмоткой 6, либо включена последовательно с конденсатором. В области пазов 5 вспомогательной обмотки 7, расположенных в зонах магнитных осей основной обмотки 6 (магнитные оси совпадают с осью ординат), размещены дополнительные обмотки 8 в сквозных аксиальных пазах 9 статора 3. Магнитные оси дополнительных обмоток 8 направлены радиально и совпадают с вертикальной осью симметрии электродвигателя.The method of starting a single-phase asynchronous electric motor is carried out for a structure (Fig. 1) comprising a rotor 1 with a shaft 2, a stator 3 with grooves 4 in which the main winding 6 is laid, and with grooves 5 in which the auxiliary winding 7, which either has a larger the ratio of active and inductive resistances in comparison with the main winding 6, or connected in series with a capacitor. In the region of the grooves 5 of the auxiliary winding 7 located in the zones of the magnetic axes of the main winding 6 (the magnetic axes coincide with the ordinate axis), additional windings 8 are placed in the through axial grooves 9 of the stator 3. The magnetic axes of the additional windings 8 are directed radially and coincide with the vertical axis of symmetry electric motor.

Пуск однофазного асинхронного электродвигателя начинают с включения основной фазы с основной обмоткой 6 и вспомогательной фазы с вспомогательной обмоткой 7 в сеть переменного напряжения, а также с подачи напряжения на дополнительные обмотки 8. Напряжение, подаваемое на дополнительные обмотки 8 в момент пуска, может быть как переменным, так и постоянным. Основной обмоткой 6 и вспомогательной обмоткой 7 создаются два пульсирующих магнитных потока, сдвинутых в пространстве и во времени. Суммарное магнитное поле статора 3, действующее на ротор 1, вращается в пространстве и наводит в короткозамкнутой обмотке ротора 1 ЭДС, под действием которых в короткозамкнутой обмотке ротора 1 протекают токи и создается магнитный поток ротора 1 - Ф_р (фиг. 2). Взаимодействие магнитных потоков статора 3 и ротора 1 создает вращающий момент на роторе 1.The start of a single-phase asynchronous motor starts with the main phase with the main winding 6 and the auxiliary phase with the auxiliary winding 7 in the alternating voltage network, as well as with supplying voltage to the additional windings 8. The voltage supplied to the additional windings 8 at the time of start-up can be variable so and constant. The main winding 6 and the auxiliary winding 7 create two pulsating magnetic flux shifted in space and time. The total magnetic field of the stator 3, acting on the rotor 1, rotates in space and induces in the short-circuited winding of the rotor 1 EMF, under the action of which currents flow in the short-circuited winding of the rotor 1 and creates a magnetic flux of the rotor 1 - Ф _р (Fig. 2). The interaction of the magnetic fluxes of the stator 3 and the rotor 1 creates a torque on the rotor 1.

Включение одновременно с основной 6 и вспомогательной 7 обмотками дополнительных обмоток 8 (фиг. 1) позволяет создать магнитный поток Ф_до, который приводит к насыщению участков магнитной цепи на путях его протекания. При этом магнитный поток поперечной реакции ротора практически не протекает через насыщенные участки и представляет совокупность двух магнитных потоков Ф_р' и Ф_рʺ. Причем каждый из указанных магнитных потоков почти в два раза меньше магнитного потока Ф_р (фиг. 2), поскольку они создаются уменьшенной (ориентировочно в два раза) магнитодвижущей силой ротора 1. Соответственно, каждый из магнитных потоков Ф_р' и Ф_рʺ охватывает ориентировочно в два раза меньшее число проводников короткозамкнутой обмотки ротора 1. Это приводит к уменьшению индуктивного сопротивления обмотки ротора 1, что сопровождается изменениями во взаимодействии магнитных потоков статора 3 и ротора 1 и увеличением пускового момента однофазного асинхронного электродвигателя. Таким образом, дополнительные обмотки 8 (фиг. 1) создают участки насыщения в ярме статора 3, ограничивающие прохождение потоков поперечной реакции ротора 1. В результате, пуск электродвигателя осуществляют либо с увеличенной нагрузкой на валу 2, либо за более короткий промежуток времени с заданной нагрузкой на валу 2. После выхода электродвигателя в рабочий режим вспомогательная обмотка 7, а также дополнительные обмотки 8 отключают, поскольку при рабочей скорости вращения обеспечивается достаточный вращающий электромагнитный момент при работе лишь основной обмотки 6.Turning on simultaneously with the main 6 and auxiliary 7 windings of additional windings 8 (Fig. 1) allows you to create a magnetic flux Φ _to , which leads to saturation of the sections of the magnetic circuit along its paths. In this case, the magnetic flux of the transverse reaction of the rotor practically does not flow through saturated areas and represents a combination of two magnetic fluxes Ф _р 'and Ф _р ʺ. Moreover, each of these magnetic fluxes is almost two times less than the magnetic flux Ф _р (Fig. 2), since they are created by the reduced (approximately two times) magnetomotive force of the rotor 1. Accordingly, each of the magnetic fluxes Ф _р 'and Ф _р ʺ covers approximately two times less number of conductors of the short-circuited rotor 1 winding. This leads to a decrease in the inductive resistance of the rotor 1 winding, which is accompanied by changes in the interaction of the magnetic fluxes of the stator 3 and rotor 1 and an increase in the starting moment phase induction motor. Thus, the additional windings 8 (Fig. 1) create saturation regions in the yoke of the stator 3, restricting the flow of the transverse reaction of the rotor 1. As a result, the electric motor is launched either with an increased load on the shaft 2, or in a shorter period of time with a given load on the shaft 2. After the motor enters the operating mode, the auxiliary winding 7, as well as the additional windings 8, are turned off, since at the working speed of rotation a sufficient electromagnetic torque is provided when only the main winding 6.

Сравнение расчетных пусковых механических характеристик пуска однофазного асинхронного двигателя предложенным способом и способом-прототипом (фиг. 3) подтверждает повышение пускового момента на ≈ 11%.A comparison of the calculated starting mechanical characteristics of starting a single-phase asynchronous motor by the proposed method and the prototype method (Fig. 3) confirms an increase in starting torque by ≈ 11%.

Claims

A method of starting a single-phase asynchronous electric motor, including applying alternating voltage to the main and auxiliary stator windings and turning off the auxiliary winding after starting the electric motor, characterized in that, simultaneously with applying alternating voltage to the main and auxiliary stator windings, either alternating or constant voltage is supplied to the additional stator windings that create saturation of the stator yoke sections in the areas of the magnetic axis of the main winding, and then, after starting electric motor, turn off the auxiliary and additional stator windings.